富氧连续气化技术在我国的应用及发展

第41卷第17期广州化工VoL41 No. 172013年9月Guangzhou Chemical IndustrySeptember. 2013富氧连续气化技术在我国的应用及发展刘建成(山东化工技师学院，山东滕州277500)摘要:介绍了富氧连续气化技术的原理和工艺流程，并论述了富氧连续气化技术的优缺点。指出了我国富氧连续气化技术存在的问题以及目前我国一些企业富氧连续气化技术的发展现状。建议国内企业，虽然富氧连续气化技术还存在很多问题，但是不能固步自封,应在现有条件基础上改良设备、采用新技术、新工艺，以促进富氧连续气化技术的发展。关键词:富氧连续气化技术;原理;工艺流程;存在问题;发展中图分类号: TQ546文献标识码: A文章编号: 100 -9677(2013)17-0029 -03Application and Development of Continuous Gasification with EnrichedAir Technique in Domestic EnterprisesLIU Jian - cheng(Shandong College of chemical Technicians，Shandong Tengzhou 277500, China)Abstract: Principle and process flow of continuous gasifcation with enriched air technique were introduced, and itsmerits and drawbacks were discussed. Then problems and recent development of continuous gasification with enriched airtechnique in domestic enterprises were pointed out. Suggestion was given to domestic enterprises that conservative was notdesirable even if there were many problems left behind. For development of continuous gasification with enriched airtechnique , improvement of equipment, new technology and advanced process based on available termns should be adopted.Key words: continuous gasification with enriched air; principle; process flow; problems ; development自从20世纪60年代末吉林化肥厂利用本厂空分富余的氧器除 去气体中的粉尘，然后进人废热锅炉回收显热,经洗气塔气在老的间歇造气炉上进行了富氧空气-蒸汽连续气化制取合洗涤除尘降温后 去后续工段。成氨原料气取得成功、使单炉生产能力增加了一倍的经验推广副产落汽.之后，富氧连续气化技术在我国固定层煤气炉上开始应用，在我国的煤气化发展历史上画下了浓墨重彩的一笔[-51。虽然之低压燕汽堰合图+通气物原尘图+废热筑奶一医气图一 +粗煤气后的50多年中,富氧连续气化技术的发展出现多次大起大落，但煤气炉富氧连续气化技术作为一种高效节能和环保等手段，图1富氧连续气化生产工艺流程图早已被人们所接受，也是国家发改委重点推荐的重大节能技术1。并且随着人们对其研究的深人和配套设备的发展，许2富氧连续气化原理多技术问题都不断的得到解决，其综合优势8益凸显，越来越受到国内煤气化企业的青睐，目前已在很多企业得到过应用。富氧技术流程的开发是基于氧与高温(527 C以上炭反应速度是依据化学反应可能达到的速度进行的，是极限值。常压1富氧连续气化工艺流程固定床气化火层的温度分布特点属于梯级温区，气化层炭最高富氧连续气化是在间歇气化工艺基础上发展起来的- -种常温度是原料的灰熔点，熔融层较薄。气化层的过渡层也不厚,压连续气化工艺，其流程和设备与固定床间歇气化基本相同。其高温来源于热辐射，温度曲线较平是四次方函数方程，过渡发生炉内料层自上而下可分为五个层带:干燥层、干馏层、还层以上的热炭层温度来源于热气流的对流给热，温度曲线较陡原层、氧化层、灰渣层。图1所示为富氧连续气化生产工艺流是对数函数方程。气化有效利用的高温炭层厚度可由气化剂输程图I.。原料焦炭经破碎、筛分后，由皮带运输机送到煤气人速度控制。发生炉顶部料仓里，由加料斗经自动加料机自动地、周期性地在煤气炉内，富氧空气、蒸汽、煤炭的化学反应式如下:从顶部加入固定层煤气发生炉。然后从空分装置来的氧气与造C+O2 =CO2 +40808 kJ(1)气风机来的空气混合配制成的富氧空气(一定的体积分数，并2C+02 =2C0+246.4 kJ(2)控制合适的汽/气比)连续上吹进人炉中,焦炭和富氧空气进C+O2 =2C0-165.7 kJ(3)行不完全燃烧产生大量的热量，温度升高，供蒸汽在炽热的炭C+H20=C0+H2-118.8kJ(4)中分解，制得半水煤气。水煤气从造气炉上部出来后经过除尘C +2H2O=CO2 +2H2 -75.2 J(5)富氧空气与煤炭在氧化层内发生放热反应如式(1)和式(2),30广州化工2013年9月以获得足够的热量供应蒸汽与灼热的煤炭在还原层发生(3)~的同时，在现有条件的基础上，总结前人的经验教训，要对设(5)反应，当放热、吸热反应基本达到平衡时，气化过程便会备、技术及工艺有所突破。前面提高的成本问题，而随着科学连续平稳的进行，最终生成气体达到半水煤气反应平衡。提高技术进步，环境出现了一系列变化:一是装置技术含量大幅度燃料层高度将有利于反应式(3)、式(4)的发生，对降低半水煤提高; 二是制氧成本大幅度下降，由0.6元/m’下降到气中的CO2有好处，同时为了符合半水煤气成份的要求，富氧0.25 元/m';三是煤价翻了两翻，中块煤由原来的200元/t升空气中的02含量需严格控制，一般控制在47% ~52%国。至800元/1、粉煤由100元/1升至450元/t;四是型煤制造技术发展飞速。新的历史条件和历史使命注定了富氧气化技术将重3我国富 氧连续气化技术存在的问题新焕发出勃勃生机，为我国煤化工事业的发展增加活力。在此富氧连续气化工艺的诸多优点使其受到国家发改委和企业历史条件下，国内-一些企业奋起直上，目前已经取得了较好的的关注，比如:煤种和粒度适应性广;不存在环境污染，环保成绩。(1)福建三明化工有限公司于2007年采用型煤[煤球]效益明显;单炉生产能力大;碳的转化率高;工艺简单、炉况进行富氧连续气化，运行情况还算正常。开3~4台φ3000 ~稳定、便于操作等等。其消耗指标、技术指标比值、成本、投3200 mm炉，所产半水煤气与老系统并网。单炉小时发气量资、排放对环境的影响情况等方面都明显优于传统的空气间歇为: 9000m',吨氨煤耗为1.5t。气化技术，有望将其取代[5-61。但是，在发展的过程中还是不(2)武汉凤飞煤化工有限公司研制的富氧空气间歇气化技断出现很多问题，企业发展呈现大起大落的态势。主要问题有术是在原有空气间歇气化的条件下，加入适量的富氧空气(仅以下几个方面。(1)生产成本偏高。-是装置不合理、热损失大、有效气下吹阶段不加富氧空气)。此技术已在浙江省清华化工有限公体成分达不到要求;二是煤价较低，而制氧成本偏高，用价格司应用，据介绍效果较理想，其半水煤气中CO2的体积分数在偏高的氧来节约用煤，生产成本不合算;三是富氧气化CO2偏9.0%以下，(CO+H2)体积分数为75.8%。(3)黑龙江黑化集团公司是以焦炭为原料，7台φ300 mm高，脱碳系统成本升高。炉全部采用富氧连续气化，相应配1套12000 m'/h空分装置，(2)气化始终处于常压，虽然是连续气化,仍具有碳转化空分和合成系统4台离心压缩机均采用国外透平拖动，造气炉率低、能耗高的缺点。余热回收采用的是热管锅炉，能生产2.5 MPa蒸汽供尿素使(3)若原料为型煤，气化中如果造成炉上部温度过高，工用。此装置于1999年打通工艺并投产在不断改造不断完善的艺恶化。因为型煤的热稳定性、热强度都较差，炉内炭层表面情况下，单台炉产气量已超过设计值。会形成粉状或烂泥状料层，造成气化阻力升高，使工艺迅速恶(4)河南能信节能科技有限公司推介的局部富氧双向气化比。(4)煤气中氧含量超标，危害大。富氧连续气化所产生的工艺，双向气化连续制气工艺通过吹风、上吹、下吹、二次上煤气中，氧含量是比较低的，其体积分数-般只有0.2%，但吹(吹净)和回收等5个阶段循环来达到连续制气的目的，吨是由于富氧空气的氧含量较高，-旦气化不完全，会出现过氧氨节约标准煤100~ 150 kg,顺带减少了CO2的排放量是275 kg/吨氨，可以减少煤炭消耗，降低合成氨的成本，还可以速度快，煤气中氧浓度高，给后续工段带来极大的安全隐患。显著减少二氧化碳的排放。已经有部分企业投产使用。(5)煤气中二氧化碳含量高。富氧连续气化生成的煤气中(5)江西昌昱实业有限公司具有独立产权的纯氧连续气化二氧化碳体积分数高达15% ~ 20%，其带来的主要危害是压缩(纯氧+蒸汽)水煤气工艺，利用昌昱专门设计的常压固定床机功耗增加、变换工段蒸汽消耗高、脱碳工段负荷增大。针对煤气炉，以无烟煤作气化原料，以纯氧( >99. 6% )和水蒸气作该缺点，只要在设计过程中充分考虑，不会对生产造成太多影气化剂，在煤气炉内高温连续气化生产高质量水煤气。纯氧+响，仅是造成生产能耗高。蒸汽生产水煤气有效气体含量高，一氧化碳和氢在80% ~(6) 煤气中甲烷含量高。富氧连续气化生成的煤气中甲烷84%，氮气含量≤0.5%。体积分数>2%。对于大氮肥企业，可以采用液氮洗工艺脱除,该工艺可采用焦炭、半焦(兰炭)、无烟块煤、型煤等原但是，目前中小氮肥企业对脱除甲烷没有太好的方法，只能通料，原料煤适用性广，且灰渣残炭量低于常压固定宋煤气炉及过增加合成放空气量，来解决这一问题。这就造成了合成工段其他各种气化工艺。同时，该技术不以氮气为载体，热损失电耗增加。同时，甲烷含量高这-特点也决定了采用富氧连续小，节能明显。纯氧连续气化炉床层蓄热能力强，出气温度气化不适用于高醇氨比的联醇工艺。低，显热损失少，氧化放热与蒸汽分解可同时高效率进行，蒸汽分解率高达75% ~ 80%。比间歇气化高出30%左右，相比富4我国富 氧连续气化技术的发展氧连续气化高出20%左右。由于富氧连续气化发展四十余年来，炉型没有大的技术进(6).上海东景化工科技有限公司的型煤纯氧连续气化在前步、流程没有大的变化，需要的是企业依托现有条件，改造现人基础上对现有设备和工艺进行系统的改进，包括:煤气炉的有设备。因此有些条件不具备或有所欠缺的企业设备停运或运高径比、炉篦设计、自动加煤机、连续富氧气化与间歇气化自行不理想，比如:黑龙江化肥厂和长山化肥厂，:共有13 台由切换装置、夹套锅炉采用管式高压夹套、采用PS - VI型混合φ3000 mm富氧炉于2003年全部停运;开封化肥厂于2008年喷射器、洗气塔采用空塔喷淋技术、油压控制阀门的选型、空新上4台02743.2 mm,采用小块煤富氧气化，所产半水煤气气分离设备、后工序的要求等等各个方面都进行了改进设计,与原空气间歇气化炉的半水煤气并网送人后工序，运行情况并取得了良好的效果。不理想;河南平顶山化肥厂开3台中3000 mm富氧气化炉，运5结语行情况一般，不太理想;云南解放军化肥厂，因效益问题于2008年富氧气化炉全部停运。(1)介绍了富氧连续气化技术的原理和工艺流程，并论述但是，我们并不能固步自封。在建厂初期要进行谨慎选择(下转第36页)广州化工2013年9月需要自主研发新型有效的回收系统，提高回收效率。5.4提高焦炉煤 气资源的利用5.1研发推广 高效回收工艺技术未来炼焦工业的发展将提高炼焦煤器的利用率和焦炉煤气首先是要加强新技术、新材料和新设备的研究开发,并提的附加值。 其中，煤制烯烃将会成为我国现代煤化工企业未来高新技术、新设备的应用范围，推广利用率。比如，能够将脱重要 的发展方向。加快煤化T.技术的研发，优化新型高效的生硫效率提高的95%以上的负压脱硫技术，从而降低了能源资源产 工艺路线，提高催化剂的性能，建设焦化行业中新的工业发的浪费。又比如，利用导热油精馏技术代替原有的干馏工艺展产业链条。等。拓宽焦化企业产业的产业链，提高焦化企业生产和焦炉化6结语产回收技术的专业程度，未来焦化企业的生产方向以焦炭- +化工产业的一体化和多元化。提高煤气焦油深加工中的菲系、芴随着我国经济的迅猛发展和社会的不断进步，我国现代化系等稠环化合物，推广间接蒸氨和负压蒸氨的工艺技术。建设的进程进一步加快， 焦炉煤气等资源需求量不断提高，提5.2跟踪前沿回收技术高焦化的生产水平和化产回收的技术水平，能够提高焦化企业到目前为止，焦化行业中能源的加工和转换率是我国能源的经济效益。 不断研发和改进焦炉化产回收系统技术，适应了加工转换率最高的行业，已经超过了97%。但是焦炉化产的回我国 可持续发展的原则和政策。收效率还比较低，没有市场竞争力，因此，我国焦化行业还需要提高化产的回收利用率，加强加快高新回收系统技术的研参考文献[1] 范晓蔚,庞振平.粗煤泥回收I艺在白龙矿业选煤厂的应用[J].价5.3完善脱硫工艺技术值工程,2013(13):7-9.现有的PDS脱硫法尽管在煤气脱硫中的效率比较高，但是[2]姚海生 ,李建英,薛亮,等. IF -57W型浮选机在太原选煤厂的应用[J].山西焦煤科技,009(10) 9-10.这种脱硫法存在着-一个难题，就是处理脱硫废液的问题，在未于晓东,李功民，赵跃民.干法重介质分选机对宽沟矿超低灰煤的来更为先进的科学技术的指导下，必然要完善现有的PDS脱硫分选[J].洁净煤技术,2012(06):12-13. .法。目前多数企业在煤气脱硫废液的回收利用方面以脱色、浓[4] 丁建伟 ,王小斌，梁世红.平朔二号井选煤厂煤泥水处理系统的改缩和结晶等工艺为主，这几种回收利用的工艺方式均存在处理造[J].洁净煤技术2012(06);:3-5.量小、纯度不高等问题，这些问题都需要进行改进和完善，从[5] 孙常松 ,蒋元,张宁，保德选煤厂南区降低介耗的措施[].洁净而实现焦化产业的清洁高效生产，提高焦化煤等资源的利用效煤技术，2012(06):10-12.率，适应和遵循可持续发展的政策要求。(上接第30页)了富氧连续气化技术的优缺点。由于国家发改委已经将固定床[2] 李永恒. 富氧连续气化技术应用情况调查[J].化肥设计, 2012,间歇气化技术列为了限制发展的落后技术，各地区均开始限制10(5):42 -45.采用固定床间歇气化技术工程项目的审批，因此采用新的工艺3]李永恒. 富氧连续气化技术在应用中存在的问题探讨[].化肥工业2010, 37(1):51-54.技术和原料路线改造这些老厂势在必行。对于是否选择富氧连[4]陈保庆. 富氧连续气化工艺及操作问题探讨[J].中氮肥，2003续气化技术应该视企业可以获得的原料煤的特性、价格及企业(5):35 -36.的实际情况确定。(2)富氧连续气化技术还存在许多问题，但是企业不能固5]周孟仁. 煤炭常压固定层富氧连续气化技术的展望(上)[J].小氮肥设计技术，2001, 22(3):9-19.步自封，应在自身现有条件的基础上改良设备、采用新工艺。[6] 周盂仁 煤炭常压固定层富氧连续气化技术的展塑(下)[J].小氮国内-一些企业已经取得了不错的成绩，可以考察后推广。肥设计技术，2001, 22(4):3-9.参考文献.1] 曲顺利，苗兴旺.富氧连续气化工艺的利与弊[J].氮肥技术，2008，29(6): 10-12.